El gran salto hacia la energía solar basada en el espacio


Han pasado solamente 30 años desde que las primeras plantas solares comerciales se construyeran en la Tierra, sin embargo, la velocidad que alcanza el desarrollo tecnológico nos ha permitido imaginar de forma realista en estructuras orbitales, pensadas para ofrecer energía renovable en el propio espacio en un futuro no muy lejano. En fieras de la ingeniería hemos querido hacer hincapié en la que posiblemente será una tecnología crucial para el desarrollo de la humanidad.

El concepto de recolección de luz solar en el espacio y transmitirla a la Tierra no es nuevo. De hecho, el primer Sistema de Energía Solar por Satélite (SPS) fue descrito por el ingeniero y científico estadounidense Peter Glaser en 1968. Al cual se le concedió una patente en Estados Unidos por su método de transmisión de energía a largas distancias, desde el SPS a la superficie de la Tierra. Desde entonces, numerosos estudios se han llevado a cabo para probar la viabilidad de tal proyecto de ingeniería, pero el gasto de poner los materiales necesarios en órbita, hasta el momento, posiciona y limita el camino de un lanzamiento exitoso de la tecnología. 

La aparición de nuevas metas en la reducción de emisiones de CO2 y la demanda cada vez mayor de suministros en energías inagotables, podrían ser causas de mayor peso que los riesgos financieros en sí de la tecnología, y abrir, por fin, potenciales inversiones que llevarían a la realidad el tan ansiado sueño de muchos ingenieros.

Energía solar en el espacio

Hay muchas razones por las que pensar que la Energía Solar Espacial (SSP) podría ser un competidor clave en el cumplimiento de nuestras necesidades energéticas mundiales. Por un lado, los satélites que orbitan pueden estar expuestos a un nivel constante de radiación solar, mientras que los proyectos basados en energía solar terrestre pueden acumular un máximo de 12 horas de radiación solar al día en el mejor de los casos.

La SSP han demostrado tener una mayor capacidad de captación de luz solar, garantizando una transmisión de la energía recogida hacia la Tierra sin que se vea afectada por los gases atmosféricos, y sin agredir la vida silvestre ni los ecosistemas de nuestro planeta. Además, la energía solar espacial puede ser “gestionable” a varios lugares en la Tierra simultáneamente a medida que el mercado requiera una mayor demanda. No hay otra planta de energía en la Tierra que tenga la capacidad de hacer esto.

La Academia Internacional de Astronáutica (IAA) ha reiterado los beneficios de la SSP en la Primera Evaluación Internacional de la Energía Solar Espacial, publicado en Noviembre por la institución, identificando a los principales conductores para el despliegue de esta fuente de energía. En primer lugar, es probable que la población mundial aumente y por lo tanto, la demanda mundial de energía también de manera significativa. El segundo aspecto, es que hay una necesidad urgente de desarrollar grandes recursos en energías renovables para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Y por último, hay una creciente incertidumbre sobre los suministros mundiales de combustibles fósiles existentes. 

John Mankins, con una experiencia profesional a sus espaldas de 25 años en la NASA y director del estudio de la IAA, cree que aún hay un lugar para las fuentes de combustibles fósiles para contribuir a la economía global, pero están lejos de ser ilimitada. Citando sus palabras: “Hay un consenso entre los científicos de que las emisiones de gases de efecto invernadero plantean un gran riesgo de cambios irreversibles del clima mundial. Por lo tanto, durante el curso del siglo, parece fundamental que la combinación de fuentes de energía deben alejarse de los combustibles fósiles, especialmente cuando la demanda global de energía se dispare en un futuro próximo. La energía solar espacial puede hacer una contribución significativa a satisfacer esas necesidades de energía mundial, que tal vez podría ofrecer de un 10% al 20% de la demanda total, según estudios realizados recientemente”.

Los satélites en órbita capaces de recoger la energía solar y enviarla a la Tierra parece técnicamente factible dentro de una década o dos, basado en las tecnologías actuales en el laboratorio, de acuerdo con los resultados de la IAA. Las tecnologías claves necesarias para llevar a la realidad esta nueva generación de energía solar sobre la Tierra, serán caracterizadas por su bajo peso, una robótica escalable autónoma para ensamblar y mantener la plataforma funcional en el espacio, y, por supuesto, una fabricación a gran escala de los sistemas espaciales. 

Otro componente vital para traer la energía a la tierra es un transmisor inalámbrico. Esto implica el uso de antenas y rectennas que conectan la Tierra y el sistema de energía en el espacio utilizando las frecuencias de radio de microondas o rayos láser.


antenas espaciales

Dos tecnologías adicionales son requeridas para la SSP, que incluyen reusabilidad de los sistemas de lanzamiento tierra-órbita y la eficiencia en los sistemas de transporte en el espacio, para trasladar los componentes de la plataforma desde la baja órbita terrestre. Aunque el concepto de captación de la luz del sol desde los satélites ha sido estudiado con cierto detalle en los últimos años, hay enfoques alternativos al aprovechamiento de la energía solar. David Criswell, director del Instituto de Sistemas de Operaciones Espaciales de la Universidad de Houston, ha sido un defensor para la obtención de energía solar en la luna desde hace muchos años, proponiendo la construcción a gran escala de paneles solares en la superficie lunar.

A partir de 2010, se realizó la principal investigación para lograr la viabilidad técnica de los satélites de energía solar, denominada Evaluación Internacional de la Energía Solar Espacial.

Si finalmente estos sistemas son llevados a la realidad, seguirá dependiendo de la disponibilidad de los presupuestos adecuados. El actual Nasa Institute of Advanced Concepts, del programa de energía solar, incluye la participación de Estados Unidos, Japón y Europa, con un alcance total de más del doble de la inversión de la NASA. Muchos son los ingenieros que opinan la necesidad de madurar y demostrar las tecnologías necesarias, en un proyecto integrado por un equipo internacional, comprometiendo a las diversas agencias gubernamentales, firmas industriales e instituciones universitarias para hacer de esto una verdadera realidad.

Este enfoque reduce los riesgos y los costos para todas las organizaciones participantes. Una vez lanzado al espacio la planta piloto, a partir de las primeras pruebas en funcionamiento, daría el primer paso a la posibilidad de que el mercado contara con unos asequibles y reutilizables vehículos de lanzamiento que podrían ser firmemente establecidos, así como tener de primera mano las inversiones necesarias a desarrollar.

energía solar espacial

Japón es actualmente el único país con un plan de energía solar enfocado a satélites. De hecho, la energía en el espacio es uno de los nueve pilares oficiales del programa espacial japonés. La agencia espacial del país planea construir una planta de energía solar en el espacio, y usar ésta para transmitir la energía mediante haz hacia la tierra utilizando rayos láser para el año 2030. Otras organizaciones en todo el mundo, sin embargo, están explorando los conceptos de la energía solar en el espacio, incluyendo Astrium, una subsidiaria de la Agencia Europea de Defensa Aeronáutica y del Espacio. Esta empresa ha prometido poner su propio satélite de demostración solar en órbita a finales de la década, de acuerdo a los anuncios realizados en 2010. 

Mientras tanto, los Estados Unidos y la India están haciendo promesas de colaborar en un programa de energía solar basada en el espacio, una idea iniciada por el Instituto de Estudios de Defensa y Análisis. Un informe preparado por Peter Garretson, Teniente Coronel de la Fuerza Aérea de USA, llamó a los gobiernos de India y los EE.UU. a iniciar este proyecto y hacer que la energía solar basada en el espacio sea un negocio comercialmente viable para el año 2025.

China también se ha comprometido al desarrollo de la SSP este año. En su intervención en la Cumbre de Medio Ambiente Energética de China celebrada en Agosto, Wang Xiji, un pionero de la tecnología espacial de la Academia China de Ciencias, describe un estudio sobre la energía solar espacial completado un mes antes por la academia. Otro punto muy importante que Xiji hizo saber es; sea quien sea el que tome la primera misión de llevar a la realidad la energía limpia y renovable en el espacio, será el líder mundial. La carrera ha comenzado.

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